探究集裝箱儲能系統在微電網中的應用
瀏覽次數：504更新時間：2024-07-30
摘要： 本研究報告深入探討了集裝箱儲能系統在微電網中的應用。通過分析其工作原理、優勢、應用場景、面臨的挑戰以及未來發展趨勢，為微電網領域的發展提供了有價值的參考。
一、引言
隨著全球對清潔能源的需求不斷增長以及電力系統的日益復雜，微電網作為一種靈活、可靠的供電解決方案受到了廣泛關注。集裝箱儲能系統作為微電網中的關鍵組成部分，發揮著重要的作用。
二、集裝箱儲能系統的工作原理
集裝箱儲能系統通常由電池組、電池管理系統（BMS）、能量轉換系統（PCS）、溫控系統、消防系統以及監控系統等組成。電池組是儲能的核心部分，常見的電池類型包括鋰離子電池、鉛酸電池等。BMS負責監測和管理電池的狀態，如電壓、電流、溫度等，以確保電池的安全和性能。PCS則實現電能的雙向轉換，在充電時將交流電轉換為直流電為電池充電，在放電時將直流電轉換為交流電向電網或負載供電。溫控系統保證電池在適宜的溫度范圍內工作，消防系統提供安全保障，監控系統實時監測整個系統的運行狀態。
三、集裝箱儲能系統在微電網中的優勢
集裝箱式的設計使得儲能系統易于運輸和安裝，可以快速部署在需要的地方，適應不同的微電網場景。
例如，在一些偏遠地區或臨時用電場所，如礦山、建筑工地等，集裝箱儲能系統可以迅速運抵并投入使用，滿足當地的電力需求。
通過集成大量的電池模塊，集裝箱儲能系統能夠提供較大的儲能容量，滿足微電網在不同時間段的能量需求。
在一些大型工業微電網中，如大型工廠或數據中心，需要大量的儲能來應對用電高峰和突發停電情況，集裝箱儲能系統能夠提供可靠的電力支持。
先進的 PCS 技術能夠實現高效的能量轉換，減少能量損失，提高微電網的整體效率。
比如，采用高效的逆變器可以將電池輸出的直流電轉換為高質量的交流電，減少諧波對電網的影響。
可以根據微電網的發展和需求的增長，通過增加集裝箱的數量或升級電池技術來擴展儲能容量。
以一個不斷發展的工業園區微電網為例，初期可以部署較少的集裝箱儲能系統，隨著園區規模的擴大和用電需求的增加，逐步增加集裝箱數量，實現儲能容量的擴展。
四、集裝箱儲能系統在微電網中的應用場景
在遠離主電網的偏遠地區，如海島、山區等，建立微電網結合集裝箱儲能系統，可以實現穩定的電力供應。
例如，一些海島依靠風力發電和集裝箱儲能系統，解決了居民和旅游業的用電問題，減少了對柴油發電機的依賴，降低了運行成本和環境污染。
與太陽能、風能等可再生能源發電系統結合，平抑其輸出功率的波動，提高可再生能源在微電網中的滲透率。
在一個風電場附近的微電網中，集裝箱儲能系統在風力充足時儲存多余的電能，在風力不足時釋放電能，保證了微電網的穩定運行。
在電網故障或自然災害等緊急情況下，作為微電網的備用電源，保障關鍵負荷的持續供電。
醫院、通信基站等重要設施的微電網中，集裝箱儲能系統能夠在市電中斷時迅速切換供電，確保醫療設備和通信設備的正常運行。
利用電價差，在用電低谷時儲存電能，在用電高峰時釋放電能，降低微電網用戶的用電成本。
對于一些商業建筑的微電網，通過集裝箱儲能系統的削峰填谷功能，可以有效降低電費支出，提高能源利用效率。
五、面臨的挑戰
包括電池成本、PCS 成本、集裝箱外殼及配套設施成本等，這限制了其大規模應用。
比如，一些小型微電網項目可能由于資金限制，難以承受集裝箱儲能系統的初始投資。
長期的充放電循環會導致電池壽命縮短和性能衰減，影響系統的可靠性和經濟性。
在一些頻繁進行深度充放電的應用場景中，電池的壽命可能會明顯縮短，需要定期更換電池，增加了運營成本。
電池的熱失控、火災等安全風險是集裝箱儲能系統面臨的重要挑戰。
一旦發生安全事故，可能會造成嚴重的損失，因此需要完善的安全監測和防護措施。
目前集裝箱儲能系統的設計、安裝、運行和維護等方面的標準和規范還不夠完善，導致市場上產品質量參差不齊。
這給用戶在選擇和使用集裝箱儲能系統時帶來了一定的困惑，也影響了行業的健康發展。
六、未來發展趨勢
研發更高性能、更長壽命、更低成本的電池技術，如固態電池、鈉離子電池等。
同時，PCS 技術也將不斷優化，提高效率和可靠性。
通過與其他能源設備和系統的深度融合，實現更高效、更智能的運行。
例如，與氫能系統結合，實現長時儲能和多能源互補。
探索新的商業模式，如儲能租賃、能源服務合同等，降低用戶的使用成本。
電力公司或第三方儲能運營商可以通過提供儲能服務，實現盈利和可持續發展。
政府出臺相關政策，鼓勵和支持集裝箱儲能系統的發展，如補貼政策、儲能容量市場機制等。
這將有助于推動集裝箱儲能系統在微電網中的廣泛應用。
七、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統
7.1系統概述
安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。
7.2系統功能
7.2.1實時監測
系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。
7.2.2設備監控
系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。
PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。
BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。
空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。
UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關電參量監測。
7.2.3曲線報表
系統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。
7.2.4策略配置
滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。
7.2.5實時報警
儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。
7.2.6事件查詢統計
儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
7.2.7遙控操作
可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態。
7.2.8用戶權限管理
儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
八、結束語
本文提出了一套適用于微電網的集裝箱儲能系統，該集裝箱儲能系統主要包含磷酸鐵鋰電池簇、電池管理系統、功率變換系統和儲能監控系統，詳細介紹了每個系統的作用及相互間的聯系。本文提出的集裝箱儲能系統設計方案已經在1.5MWh微電網儲能項目中投入使用，在長期運行過程中證實了該方案的實用性及可行性，對改善微電網電能質量起到了積極作用。
參考文獻
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[2］ 張建華，黃偉.微電網運行控制與保護技術[M].北京：中國電力出版社，2010：110-126.
[3] 企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
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